DZZ5型自動氣象站常見故障分析及處理流程

王 淑

（福建省霞浦縣氣象局，福建 寧德 355100）

霞浦縣氣象局于2014年10月底安裝DZZ5型自動氣象站并試運行，2015年1月正式開始地面觀測業務。相比早期運行的自動氣象站，新型自動氣象站主要通過內部采集單元和控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線與各分采集器連接，實現各氣象要素的采集，具有數據處理功能較強、綜合性能卓越、擴充方便、運行穩定、維護簡便等優點，深受基層臺站業務人員的歡迎。

1 DZZ5型自動氣象站概述

DZZ5型自動氣象站采用了先進的嵌入式系統技術和外部總線技術，即采用“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設備”的設計方式，屬于新一代自動氣象站，是國家級氣象站的重要列裝產品[1]。與原有的自動氣象站相比，DZZ5型自動氣象站無論是在數據的探測精度方面，還是在數據處理能力方面，乃至綜合應用方面，都有非常大的提高，能滿足現有氣象觀測站氣候觀測、天氣觀測的要求，在應對氣候變化研究、人民群眾日常生活保障、防止自然災害等方面能夠發揮重要的作用。

DZZ5型自動氣象站的整體結構由采集單元、傳感器單元、通信單元、供電單元和室內計算機終端組成。

1）采集單元。采集單元負責自動氣象站所有數據的采集、存儲及分析運算。

2）傳感器單元。傳感器單元是將要觀測的氣象要素的變化轉換成電信號的相應變化，完成自動測量。DZZ5型自動氣象站使用的傳感器根據輸出信號的不同特點可以分成3類：一是模擬傳感器，即輸出模擬量的傳感器；二是數字傳感器，即輸出數字量（包含脈沖和頻率）信號的傳感器；三是智能傳感器，即帶有嵌入式微處理器的傳感器，該傳感器本身具有基本的數據采集和處理功能，可以輸出并行或串行數據信號。

3）通信單元。通信單元用于將采集器處理的數據傳輸到室內計算機業務終端。

4）供電單元。DZZ5型自動氣象站通過電源控制器將交流220 V市電轉換為適配于設備所需的直流電，同時合理控制蓄電池充放電為各負載供電，使各組件能夠正常穩定地工作。

5）計算機終端。計算機終端是自動氣象站的室內組成部分，它通過臺站地面綜合觀測業務軟件（ISOS）處理采集到的數據，并進行自動質量控制，再根據業務需求形成各種文件、報告，采取有線方式傳輸到上級指定的業務服務器。

2 DZZ5型自動氣象站常見故障和處理流程

根據業務工作中出現的故障，DZZ5型自動氣象站的故障可以分為全部要素缺測或異常、分采集器采集的觀測要素部分或全部缺測或異常、單個觀測要素缺測或異常3類。

2.1 全部要素缺測或異常

DZZ5型自動氣象站全部要素缺測或異常的原因一般是核心部件、系統公共部分故障或其他因素引起的系統異常，具體原因可能是主采集器故障、ISOS軟件參數配置錯誤、通信系統部件或線路故障、供電系統部件故障或系統接地不良等。對于全部要素缺測或異常的情況，一般的處理流程包括以下幾個方面[1]。

1）查看ISOS軟件掛接參數配置是否正確，軟件是否卡死。故障原因一般為參數配置錯誤、業務軟件卡死，處理辦法為重新導入正確的參數，重裝業務軟件或重啟軟件，或者換上備用業務計算機。

2）查看與主機連接的光電轉換器指示燈是否正常，重啟串口驅動軟件，檢查主機與串口服務器的通信是否正常。

3）到觀測場打開串口服務器機箱，檢查串口服務器指示燈是否正常，必要時重啟串口服務器。

4）檢查采集器供電電壓是否正常，查看采集器上的兩個指示燈是否正常，CF卡是否正常，查看采集器的接地情況。

5）以上2、3、4情況下，必要時均可采用試換部件的辦法，確定故障部件是否為光電轉換器、串口服務器、主采集器和CF卡。

2.2 分采集器采集的觀測要素部分或全部缺測或異常

DZZ5型自動氣象站除了有1個主采集器外還有2個分采集器：一個是氣溫和濕度分采，另一個是地溫分采。氣溫和濕度、各層地溫和草溫的測量是通過各自傳感器測量后將數據信號分別接入氣溫和濕度分采和地溫分采，然后通過CAN總線接入主采集器。對于氣溫和濕度或地溫要素的缺測或異常的情況，一般的處理流程包括以下幾個方面。

1）氣溫和濕度單個要素出現缺測或異常的，一般先判斷是否為傳感器故障或線纜連接不良（主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路），然后判斷是否為傳感器故障，最后判斷是否為溫濕分采集器的相應通道故障。

2）氣溫和濕度均出現缺測或異常情況的，一般先判斷是否為溫濕分采集器故障，然后判斷是否為溫濕分采集器CAN總線故障（主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路）。溫濕傳感器一起出現故障的可能性很小，但也不能排除這種可能性。

3）某一層地溫缺測或異常，一般先判斷是否為傳感器線纜故障（主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路），然后判斷是否為傳感器故障，最后判斷是否為地溫分采集器的相應通道故障。

4）全部地溫異?；蛉睖y的，一般先判斷是否為地溫分采集器的供電部分故障，然后判斷是否為地溫分采集器故障，最后判斷是否為地溫分采集器CAN總線故障。

2.3 單個觀測要素缺測或異常

DZZ5型自動氣象站的主采集器通過內部數據采集單元直接完成風向、風速、翻斗雨量、蒸發的數據采集，通過RS232接口獲取氣壓、能見度、稱重雨量的觀測數據，日照、天氣現象儀的觀測數據則連接在串口服務器端口與業務主機直接通信。對于上述某個要素缺測或異常的情況，一般的處理流程包括以下幾個方面。

1）根據傳感器接口接線走向檢查傳感器供電部分是否正常。

2）檢查傳感器的信號輸出電壓、電流是否在正常值范圍內。

3）檢查傳感器線纜是否有故障，主要檢查線纜是否接觸不良、短路、斷路。

4）通過替換相關傳感器確定是否為傳感器故障。

5）判斷是否為采集器相應通道或串口服務器相應接口故障。

3 故障分析與排除實例分析

本文以霞浦縣氣象局DZZ5型自動氣象站在業務運行中出現的一次故障為例進行分析。2019年3月20日15時10分，值班員收到省信息中心電話報警提示，本站15時上傳數據缺失。

3.1 故障現象

查看ISOS軟件界面發現，首頁上全部數據缺測，設備運行指示燈大部分為紅色。打開“自定觀測項目”—“省級自定與應急觀測”界面，所有要素缺測。顯然是因為本站數據采集異常，從而未形成新長Z報文上傳到信息中心，導致數據缺測。

3.2 故障分析與處理

1）查看軟件的各項參數，設置正確無誤，點擊ISOS軟件的查詢與處理功能進行人工卸載自動站數據，2 min后軟件顯示卸載失敗。

2）退出業務軟件，重啟計算機和ISOS軟件，界面上依然顯示數據缺測，再次人工卸載還是不成功。

3）檢查計算機到采集器的通信網絡是否異常，先檢查與計算機連接的光電轉換器，指示燈正常，供電電壓正常，重啟后依然不能采集數據。

4）打開SMOPORT設備及配置軟件，檢查發現參數設置正確，輸入用戶名和密碼，顯示主板電壓為13.0 V，主板溫度為34.7℃，說明主機與串口服務器的通信正常。

5）用ISOS軟件自帶的串口終端，選擇“新型自動站串口處理”，發送下載分鐘常規觀測數據（DMGD）指令，返回的是一串缺測的符號，但可以用指令讀取日照和天氣現象數據，至此可以確定故障點應該是串口服務器的主采集器通道或主采集器發生了故障。

6）打開串口服務器機箱，供電電壓為13.5 V，發送數據（RX）和接收數據（TX）指示燈閃爍正常，初步確定串口服務器工作正常。

7）打開主采集器機箱，檢查得知主采集器的工作電壓為13.5 V，查看RUN和CF卡指示燈，發現燈光暗淡，且基本不閃爍。斷電重啟主采集器后故障現象還是相同。

8）斷電后卸下主采集器，并將CF卡取下插到另一個配置好的備用采集器中，換上備用采集器重新上電工作，發現故障依然存在。

9）斷電后拔出CF卡，在不插入CF卡的情況下重新上電開機，發現采集器的指示燈恢復正常，ISOS軟件上的數據也正常顯示。重新換回原來的采集器，自動氣象站還是正常運行。

10）將CF卡取回至工作室，用讀卡器在計算機上查看，發現格式錯誤無法打開。原來故障的原因是CF卡無法讀取導致主采集器出現故障，換上新CF卡后故障排除，自動氣象站恢復正常工作。

4 結束語

DZZ5型自動氣象站是目前國家級氣象觀測站的主要業務設備，在國家地面氣象自動化觀測工作中發揮著十分重要的作用，自動氣象站的運行監控和維護維修也是縣級綜合氣象業務人員的重要工作職責。本文通過分析DZZ5型自動氣象站常見故障的原因，使業務人員對自動氣象站的工作原理和維修流程有了較為深入的了解。業務人員在日常工作中應加強學習，逐步掌握儀器設備的工作原理和維護維修知識，不斷積累實踐經驗，遇到自動氣象站出現故障的情況時應沉著冷靜，準確分析故障原因，采取有效的方法排除故障，確保自動氣象站恢復正常運行，最大限度地提高自動氣象站運行的穩定性和可靠性。